本文将统计反演理论引入综合孔径辐射计(aperture synthesis radiometers, ASRs)展源成像领域。根据统计反演理论,对展源亮温分布的先验信息、ASRs自身的物理特性及其在测量过程中的信息进行了挖掘和建模；根据展源亮温分布先验信息的不同性质发展了一系列ASRs统计反演方法。结合统计反演方法的特点和ASRs反演成像的特殊需求,本文展开了如下的研究工作：1、从统计学的角度分析了现有的ASRs确定性反演方法,指出了现有ASRs确定性反演方法中关于亮温分布和可见度采样的潜在统计特性及其与实际统计特性的区别；指出了确定性反演方法在确定正则化参数以及分析离散化误差时存在的困难。统计反演方法采用统计推断估计未知参数,可避免确定正则化参数的困难；通过引入先验信息的统计特性,可提高反演图像的质量。根据统计反演方法的特点,从如下三个环节开展了ASRs统计反演成像的研究工作：①构造似然函数以描述可见度采样和未知亮温分布之间的内在联系；②构造先验概率分布以最恰当地描述展源亮温分布的先验信息；③根据似然函数和先验概率分布之间的关系,发展估计后验概率分布的方法。2、根据对反问题解的不同影响,将ASRs的非理想性分为设备误差和噪声误差。采用“测量不确定度”的指标来评估可见度采样的质量,建立了各种校正参数与可见度采样合成不确定度之间的解析关系,该指标可综合考虑误差和误差校正对可见度采样的影响。3、根据亮温分布的先验概率分布,分别发展了基于高斯先验信息和非高斯先验信息两类统计反演方法。其中,基于高斯先验信息的统计反演方法研究内容如下：(1)提出了基于高斯先验信息的ASRs统计反演方法。根据该方法,在分析亮温分布先验协方差的基础上,建立了一种对ASRs噪声误差鲁棒性强的展源亮温分布高斯先验模型；推导、建立了可见度采样的统计模型。与现有ASRs确定性反演方法相比,该方法可有效提高反演图像的质量。(2)提出了多分辨率ASRs统计反演方法。根据该方法,采用多分辨率技术分析了亮温分布离散化时产生的离散化误差及其对可见度采样统计特性的影响,建立了ASRs多分辨率统计反问题模型。该方法能综合利用亮温分布的先验信息、离散化误差的统计特性,提高反演图像的质量；此外,该方法还可直接产生亮温分布的多分辨率最大后验估计值。基于非高斯先验信息的统计反演方法研究内容如下：(1)提出了基于l1先验信息的ASRs统计反演方法。在展源条件下,采用空间转换的方法挖掘亮温分布中潜在的l1先验信息,建立了该先验信息的共轭多层先验等效模型,提出了估计该模型中超参数的方法。与ASRs确定性反演方法相比,基于l1先验信息的统计反演方法不仅对各种误差的鲁棒性强,而且能有效地改善反演图像的准确度和噪声性能。(2)提出了ASRs压缩传感统计反演方法。将压缩传感理论应用于ASRs展源成像时,面临着难以满足展源亮温分布稀疏性和传感矩阵约束等距性的困难；采用修正的一阶微分算子作为具有结构特征的展源亮温分布的压缩基,以对稀疏性和约束等距性进行折中；并通过白化操作和随机基线选择进一步改善了传感矩阵的约束等距性。在此基础上,发展了ASRs压缩传感统计反演方法。与现有ASRs确定性反演方法相比,ASRs压缩传感统计反演方法能在更少的可见度采样条件下以较高的概率准确反演图像,并减小反演成像的计算复杂度。与现有的ASRs确定性反演方法性比,本文针对不同特性的展源亮温分布先验信息提出的ASRs统计反演方法能有效克服ASRs非理想特性对反演图像的影响,大幅提高ASRs的成像性能。此外,本文的研究成果可用于评估ASRs系统的性能,并可为系统参数设计提供理论参考。